导弹水下热发射出筒过程流动特性

研究了导弹水下热发射出筒过程的流动特性.采用基于多相流Mixture模型的有限体积法求解RANS方程,考虑了流体的可压缩性、粘性、重力作用、气-水掺混效应和能量交换等各项因素,运用自编UDF模块结合动网格技术,对导弹水下发射出筒过程的轴对称流场进行了数值模拟.计算结果揭示了导弹水下热发射出筒过程中发动机喷管、发射筒内和...     

潜射导弹离筒后海水倒灌效应数值分析

针对潜射导弹水下垂直发射离筒后海水倒灌涌入引起的冲击问题,利用数值计算方法对其进行研究。基于水气两相流动的基本控制方程、VOF模型和动网格技术,实现了考虑弹体运动的水下发射多相流动问题求解。以此为基础,对潜射导弹垂直发射的水下运动和海水涌入过程进行了数值模拟,进而对影响涌入海水冲击压强的因素进行分析,以寻求降低海水涌入冲击压强的有效措施。模拟和分析结果表明,海水倒灌涌入会对发射筒结构产生显著的压强冲击;在发射筒底部附近增加局部挡流板,可有效降低涌入海水的冲击效应。     

变深度模拟发射实验导弹出简速度测量方法

针对变深度水下发射模拟实验装置,开展了导弹出筒速度的高速摄影测量方法研究.对比分析了不同拍摄位置对测量的影响,结果表明高速摄影窗口应尽量远离发射筒口,以避免发射筒排出的气体对有效辨识模拟弹的运动位置产生不利影响.发展了一种能够准确测量各特征位置的数字图像处理方法,为出筒速度计算提供了有效数据.建立了出筒速度计算方法,并...     

热损失对燃气蒸汽式发射动力系统内弹道计算影响

传统发射动力系统使用定能量系数修正内弹道计算模型,提高了内弹道特征值计算精度,但内弹道参数曲线计算值与测试值存在一定偏差。某型燃气蒸汽式发射动力系统发射筒内压力计算值与测试值存在一定的偏差,经分析内弹道模型中假设能量系数为常数是造成发射筒内压力计算偏差的主要因素。为了获得能量系数随时间的变化规律,通过使用热损失经典算法和试验研究相结合的方法,对发射动力系统工作过程中的热损失进行了计算研究,发射动力系统总的热损失为32 969.6 kJ,能量系数随发射动力系统工作逐渐增加。使用变能量系数修正内弹道计算模型对发射内弹道进行计算,计算结果表明变能量系数可有效提高导弹发射筒内压力的计算精度,同时经过分析燃气发生器和弯管仍具有降低热损失的潜力。     

水下弹射筒口气泡及载荷特性数值研究

水下弹射是水下运载器发射的重要方式,弹射工质气体形成的筒口气泡对相邻设备安全有着重要影响。为明确国内外广泛关注的一筒多弹水下弹射筒口气泡演变过程及载荷特性,利用雷诺平均的计算流体力学方法和嵌套动网格技术,建立水下弹射两相流动非定常数值计算模型,并经实验测量数据校验后,对一筒三弹水下弹射流动和载荷状态进行数值研究。研究结果表明:水下弹射工质气体在弹体离筒瞬间产生显著的瞬态冲击,此后弹射工质气体形成筒口气泡经历膨胀发展、界面缩聚断裂、筒口滞留气泡受压收缩等状态,并伴随膨胀收缩过程对周围设备产生交变载荷冲击,载荷变化幅值超过弹体离筒时的筒内外压差值。在一筒三弹发射号位相邻水密膜位置,最小压强可降至环境压强的0.7倍,最大压强可升高至环境压强的1.5倍,是设备抗冲抗震设计需要关注的重要内容。     

同心筒发射的集中参数模型及应用

导弹在同心筒结构中的发射涉及复杂的燃气流动和多种载荷共同作用。为了从理论上分析发射筒结构、发动机参数等设计变量与发射弹道特性之间的关联关系,对同心筒结构中的燃气流动特征进行了深入分析。在此基础上,结合燃气流动各区域的典型特征、气体流动基本方程、弹体动力学方程和水下气泡运动方程,建立可用于大气和水下环境的同心筒发射数值分析集中参数模型。利用该模型进行的示例分析表明,集中参数模型反映了同心筒发射过程中的燃气流动特性,能便捷方便地分析多种设计参数与发射弹道之间的相互关系,可为同心筒发射装置的方案设计和理论分析提供依据。     

潜载导弹近筒口点火数值仿真

针对无横流影响的潜载导弹近筒口点火瞬态流场变化情况,建立多相流数学模型,考虑空穴模型,基于动网格技术,实现了潜载导弹弹射出筒、近筒口点火方式发射过程尾空泡的演变过程以及弹体、固壁的压强变化。仿真结果表明,筒口效应导致固壁各处的压强阶跃;近筒口点火后,尾空泡不断的颈缩、膨胀导致压强脉动,但不会产生断裂和回击现象。在筒口气团闭合后点火对筒口产生更大的压强脉动,有可能对固壁产生破坏。     

垂直发射水下航行体的通气空化数值模拟研究

基于均相流模型对垂直发射水下航行体周围的通气空化流动进行了三维数值模拟,通过与试验得到的压力数据比较验证了数值方法的可靠性,并讨论了通气时序对通气空化流场的影响。结果表明:计算结果与试验吻合较好,通气能提高空泡内压力且不同位置压力一致,空泡末端存在回射高压;随着通气时刻提前,泡内压力和回射高压增大;空泡的发展过程伴随着旋涡的形成与演变,通入空泡的气体有3种流向,气体的运动导致空泡内产生多个旋涡,旋涡的种类可以分为3类。     

航行体垂直发射过程不确定性量化方法的探讨

在发射平台运动、海浪及海流、气水介质突变、空泡溃灭等的影响下,航行体水下垂直发射呈现出干扰因素随机性强、干扰量大、弹道参数变化剧烈等特点。在分析、辨识各种干扰因素的形成机制及组成结构的基础上,建立了描述航行体水下发射过程不确定度的数学模型;介绍了近年来国际上较为热门的不确定性量化研究中的数值方法和进展,主要讨论了基于多项式混沌理论的不确定度量化方法;最后,探讨了未来航行体水下发射过程不确定性量化研究所面临的一些挑战和亟待解决的问题。     

变深度水下发射系统内弹道实验研究

利用变深度水下发射模拟实验装置开展了变发射深度和发射速度条件下导弹发射系统内弹道研究。建立了描述缩比模型弹在发射筒内运动规律的简化模型,并提出了基于实验结果的运动方程求解方法。通过实验结果分析获得了模型弹的运动摩擦系数和发射速度,并利用高速摄影测量结果对获得的发射速度进行了验证。建立了运动摩擦系数和发射速度的数值拟合关系。结果表明,运动摩擦系数与发射速度呈反向变化规律,并且存在影响运动摩擦系数变化速率的临界发射速度,当发射速度小于临界值时运动摩擦系数变化剧烈,发射速度临界值为18～20 m/s。     

同心简发射潜载导弹过程数值研究

研究了潜载导弹水下垂直发射过程中国心筒内外流场的复杂多相流动问题.采用MIXTURE多相流模型,结合考虑水汽化的气穴模型,运用有限体积法(FVM)和SIMPLE算法,求解燃气、水、蒸汽多相的N-S方程和Standard κ-ε湍流模型.运用动网格技术和滑移网格技术,实现了导弹出筒过程中弹体运动与多相流场的耦合求解.计算...     

超空泡航行体流体动力数值研究

超空泡技术作为水中航行体增速减阻的重要手段已经成为了共识。超空泡航行体作为目前最具有应用前景的水下航行体,对其流体动力变化规律的研究具有重要的意义。基于有限体积方法,结合N-S方程与空化模型,建立了超空泡航行体自由运动的非定常流场求解数值模拟方法。通过对非定常超空泡流场计算结果的分析,对航行体的流体动力进行分解和建模。结合相关理论分析,确定了超空泡航行体流体动力公式。研究表明,尾拍力与空泡壁面形状、航行速度及尾部沾湿面积等密切相关。     

同心筒发射过程燃气射流冲击效应研究

为研究导弹发射过程中燃气射流对同心筒和弹体的热冲击和动力冲击效应,基于欧拉-拉格朗日方法,使用域动分层动网格方法,对同心筒发射过程含Al2O3颗粒的气-固两相流场进行了数值计算,得到了发射过程中流场的温度和压强分布情况,计算结果与试验数据的相对误差在允许范围内,表明文中所用计算模型是可靠的.发射过程中燃气射流对后盖的冲...     

考虑燃气引流的燃气弹射开盖载荷研究

建立一种带有导流槽装置的考虑燃气引流冲击开盖的新型燃气弹射系统模型,采用燃气弹射试验验证了数值计算方法的可靠性,在此基础上,计算得到弹射过程流场、筒盖载荷、弹体内弹道曲线变化规律,研究了改变导流槽深度对开盖载荷的影响.结果表明,发射筒与弹体间隙之间的压强呈现不断增加的趋势,且压强的扩散速率比温度更快;当导流槽深度为20...     

液体火箭燃烧尾焰冲击干扰效应数值研究

火箭发射时其燃烧尾焰的冲击干扰效应对发射稳定性和发射架、导流槽等地面设施有重要影响。文章采用压力隐式算子分裂算法,通过求解Navier-Stokes方程,对氢氧液体火箭发动机燃烧室内燃烧过程与尾焰流场进行了一体化数值计算,得到了火箭发射后尾焰与地面撞击产生的冲击流场。结果表明:尾焰流场计算模型、方法与结果合理;尾焰冲击干扰效应会大幅度提高地面附近的压力和温度;火箭尾焰撞击地面后,高温区出现在离地面一定距离的高温层内,此时地面附近为低速区;尾焰对其正下面的地面区域产生冲击最大,主要干扰区域集中于半径为15 m的圆形区域。     

空腔位置及结构对脉冲压力振荡的影响

为了获得不同空腔位置及结构对脉冲压力振荡特性的影响规律,利用Fluent软件并结合UDF(用户自定义函数),对4种不同空腔模型的发动机开展了数值计算,得到了燃烧室内的流场结构与脉冲压力振荡特性,为发动机装药结构设计及不稳定燃烧抑制提供了理论指导。结果表明,头部空腔能有效衰减脉冲波动压力,有利于提高发动机的工作稳定性;中间位置空腔内容易产生旋涡脱落现象,继而诱发涡声耦合压力振荡,扩张式中间空腔内压力振荡比收敛式中间空腔内的压力振荡严重;末端空腔不仅削弱了喷管阻尼,而且在脉冲条件下易激发旋涡脱落,不利于发动机工作稳定性,在工程设计中,应慎重考虑翼面后置装药结构。     

燃气蒸汽式发射动力装置复杂内流场数值模拟

水下发射的燃气.蒸汽式发射动力装置内是一种包含了高温高压燃气湍流流动、冷却水射流的形成、喷嘴出口处的一次雾化、在横向高速燃气流中的二次雾化与汽化、含相变的水、汽两相流动等复杂的流动过程.应用CFD技术对水下发射试验低压强点和高压强点进行了含相变的三维两相加质流场数值模拟.结果表明,采用雾化理论和数值仿真技术计算得到的流场形态、特征点状态参数以及冷却水汽化情况等与试验结果基本吻合,这种新的计算方法可作为发射动力装置研究的一种有效手段.     

凹槽参数对通气空泡融合的影响

水下航行体通气技术形成的空泡能够有效降低航行阻力并调节运动姿态,但通气空泡在航行体表面不易融合,空泡形态不稳定,因此开展通气空泡的融合控制具有重要工程应用价值。采用有限体积法进行数值计算,研究了航行体孔后开槽对通气空泡融合的控制作用,并探究了不同凹槽参数对通气空泡融合的影响。研究发现,凹槽改变了空泡的流场特性,槽内产生的旋涡卷吸流经凹槽的气体,使槽内气体向航行体周向发展并融合;当槽宽取0.125D,孔槽间距取0.075D时,对空泡融合的促进以及稳压效果最佳。     

潜射模拟弹筒盖系统柔性支撑受载特性仿真

基于无相变VOF模型和动网格技术并采用三维对称模型对潜射模拟弹筒口压力场及其对筒盖系统的影响特性进行了建模仿真,对比分析了筒盖系统的刚性支撑、柔性支撑以及自由铰支等支撑状态的仿真数据,获取了筒口压力场的气泡脉动特性、筒盖及其支撑环节的受载特性和筒盖的运动规律;结果表明柔性支撑只对正压峰期间的筒盖及其支撑环节具有明显的降载效果,而在负压峰期间反而会恶化筒盖及其支撑环节的受载,这与实验结果吻合;自由铰支状态则具有极佳的降载效果。该结果对于指导筒盖系统降载方案的设计和实施具有重要指导意义。
     

基于数值实验的航行体流体动力参数研究

基于数值实验对用于航行体轨迹预报的航行体附加质量、位置导数及旋转导数等重要流体动力参数进行了研究。提出了基于物体摇荡运动的附加质量确定方法,根据傅里叶分析,给出了物体受到的附加质量力的分离方法和附加质量的计算方法;水动力数据是用CFD软件模拟物体周期摇荡运动的流场而得。基于上述方法,提出了基于运动状态突变流场模拟的附加质量和旋转导数计算方法。用两种方法分别计算了圆球和椭球的附加质量,两种方法的计算结果与势流理论结果一致。对细长水下航行体的旋转导数进行了计算,结果发现:头、尾附近的两个连接面对升力、力矩变化的贡献最大;两连接面及附近两单元面对应的升力旋转导数为负值;中间其他各面对应的升力旋转导数为正值。对细长圆柱体,改变头尾部形状可引起旋转导数的较大改变。用所提方法不仅可得到细长航行体包括附加质量和旋转导数的多种流体动力参数,而且能获得流体动力参数的空间分布特征。相较而言,基于运动状态突变流场模拟的流体动力参数计算方法更为简便,且更便于分析流体动力的分布特性。